氮化镓材料中持续光电导相关的深能级缺陷研究

摘要

本文针对分子束外延生长GaN高阻材料中出现的持续光电导现象，研究了与之相关的深能级中心的光致发光谱，持续光电导谱和光离化谱。主要研究结果如下：
　　 ⑴分子束外延生长GaN高阻材料的光致发光谱研究发现，室温和低温光致发光谱中均未出现文献报道的黄光带，结合该材料中出现的持续光电导现象，可以推断，持续光电导相关的深能级缺陷同黄光带无关。
　　 ⑵分子束外延生长GaN高阻材料的持续光电导谱研究表明，光电流的衰减依赖于仍处于自由状态的光激发剩余载流子，该现象无法用扩展指数模型和多指数模型解释。针对持续光电导光生电流衰减对剩余载流子的依赖特点，我们提出了扩展缺陷模型：分子束外延生长GaN高阻材料的持续光电导现象可能是由扩展缺陷引起，光激发电子同受主深能级之间的库仑作用导致光电流的持续和光电流的衰减对光生剩余载流子的依赖。使用扩展缺陷模型对实验结果进行拟合，结果表明在光生载流子的回复过程中，回复势垒不断升高并最终趋于平衡值。使用平衡时间常数同时间的阿累尼乌斯公式拟合结果表明，即使在低温下(77-130K)，电子克服回复势垒被缺陷重新捕捉仍由热激活过程控制，回复势垒约为70meV。
　　 ⑶提出了一种氮化镓材料中深能级缺陷光离化截面的测量方法，该方法综合考虑到深能级缺陷在入射光子作用下释放电子的同时还伴随有载流子的回复，从而弥补了Klein和Hirsch光离化截面测量方法的不足。对光离化截面随温度和入射光子能量的测量表明，GaN高阻材料中引起持续光电导现象的扩展缺陷具有类似DX中心的双稳性质，扩展缺陷电子态同声子态存在较强的耦合。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

§1.1引言

§1.2 GaN材料的性质

§1.3 GaN材料的制备方法

§1.4 GaN的用途

§1.5 GaN材料中的杂质和缺陷

§1.6 GaN中的深能级缺陷

§1.7本文的研究内容和立论背景

第二章 GaN材料的光致发光谱研究

§2.1氮化镓深能级光致发光谱的研究现状

§2.2实验

§2.3结果与讨论

§2.4小结

第三章 Ⅲ-Ⅴ化合物半导体材料中深能级中心复合的基本理论

§3.1持续光电导的定义

§3.2品格弛豫模型

§3.3宏观势垒模型

§3.4其它模型

第四章 持续光电导谱测试设备的设计

§4.1电加热控温恒温器

§4.2仪器的总体方案设计

第五章 分子束外延生长非故意掺杂GaN材料中的持续光电导现象

§5.1持续光电导研究工作的意义

§5.2试样制备和实验准备

§5.3实验结果及讨论

5.3.1暗电流研究

5.3.2持续光电导衰减动力学研究

5.3.3持续光电导谱研究

5.3.4扩展缺陷模型的建立

§5.4小结

第六章 深能级光离化截面的测量

§6.1光离化截面的定义

§6.2光离化截面的测量方法

§6.3 GaN材料中光离化截面的测量

§6.4光功率的测量

§6.5实验

§6.6结果与讨论

§6.7小结

第七章 全文总结与展望

参考文献

附图:攻读博士学位期间独立设计的设备

攻读博士学位期间发表的论文

致谢